回旋加速器 4.pptVIP

* * 问题1. 请同学回答：用什么方法可以加速带电微粒？ 如下图所示，真空中有一对平行金属板，两板间 电压为U。两板间有一个带正电微粒，由静止开始从 正极向负极板运动，当它到负极板可获得多大能量？ （不考虑粒子的重力） 答：利用电场可以加速带电粒子 + + + + U 问题2.要使一个带正电微粒获得更大的速度（能量）？ 答：采用多个电场，使带电粒子实现多级加速。 + + + + + + 一级 二级 三级 　　但采用下图进行多级加速，真的可行吗？你们发 现什么问题了吗？如果发现了，有没有改进措施？ 　　为了实现带电粒子的多级加速，应该采 用交变电源，使粒子进入每一级都能继续加速。并且电源极性的变化还必须与粒子的运动配合默契，步调一致，即要满足同步条件。 + + + + + + 一级 二级 三级 　　　　如果交变电源以恒定频率改变极性，要满 　　足同步条件，行不行呢？如果不行，应对下面 　　装置如何改进呢？ 当电源频率恒定时，也有可能满足同步条件，只要使得极板的间距随着粒子速度的增大而相应地增大就行了 。 采用多个电场，使带电粒子实现多级加速，这确是突破电压限制的好方法．但是，我们再仔细推敲一下它的可行性：按上图所示的方案，真能实现多级加速吗？ 同步加速器 　　刚才讨论的直线加速器．这类加速器固然有其优点，但它的设备成一条直线，占地面积大，造价贵，我们自然会想：能否设计一种加速器，使带电粒子在较小范围内也能得到较高的能量呢？ 　　有的同学想到了加磁场使粒子旋转，加电场使粒子加速， 这个想法很好。如果让它们巧妙配合，使带电粒子边旋 转边加速就好了。 　早在1932年，美国物理学家劳伦斯就发明了这种装置——回旋加速器。从而使人类在获得较高能量的粒子方面迈了一大步，为此，劳伦斯获得了诺贝尔物理奖。 一、直线加速器 二.回旋加速器 　　它的核心结构是两个D形的金属盒，两个D形盒接 在电极上。D形盒中间有一个窄缝，中心附近有一个 粒子源。整个装置放在巨大的电磁铁的两极之间。加 速后的粒子最后由特殊装置引出。 1.粒子被加速后，运动速率和运动半径都会增加，它的运动 周期会增加吗？ 2.要使粒子每次经过电场都被加速，应在电极上加一个什么电压？ 这个交变电场的周期和粒子在磁场中运动的周期有什么关系？ （不会。因为T＝2лm/qB） 应加一个交变电场，T0 ＝T＝2лm/qB 问题3：在回旋加速器加速的带电粒子的最终能量由哪些因素决定？ 乙生：我同意甲的观点。因为在加速的总个过程中， 　　　由动能定理可知 EK=nqU 所以加速电压越 　　　高，粒子的最终能量越高。 甲生：我认为电场是用来加速的，磁场是用来回旋的， 最终的能量应与磁场无关。应与电场有关，加速 　　　电压越高，粒子最终能量越高。 丙生：我不同意上述观点， 　　　当带电粒子的运动半径等于D形盒的半径时,运动半径 　　　最大Rm=mvm/qB,得vm=qBRm/m 　速度也应最大 　　　时，Em=q2B2Rm2/2m。因此要提高加速粒子的最后 　　　能量，应尽可能增大磁感应强度B和加速器最大半径Rm。 思考：为什么回旋加速器不能无限提高粒子的能量？ 答：据相对论理论知识，粒子速度被加速到接近 　　光速，质量明显啬，周期T＝2лm/qB也增 　　加，破坏了回旋加速器的同步条件。 三、加速器的拓展 　　现在我国已把建设高能加速器的任务作为国 家的重点项目，已取得了一定的成就如1989年投入运行的北京正负电子对撞机可以使电子束的能量达到2.8+2.8Gev。 *